維西-喬后斷裂全新世活動與古地震

常祖峰 常 昊 李鑒林 毛澤斌 臧 陽

1)云南省地震局，昆明 650224 2)中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

0 引言

川滇菱形塊體是青藏高原東緣側(cè)向擠出最強(qiáng)的活動塊體，地震活動強(qiáng)烈而頻繁，是活動構(gòu)造和地震監(jiān)測預(yù)報(bào)重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)(李玶，1975； 闞榮舉等，1977； Tapponnieretal.，1982； 李玶等，1993； 呂江寧等，2003； 張家聲等，2003； 張培震等，2003a，b)。 其西南邊界——紅河斷裂帶是一條右旋走滑的活動斷裂(Allenetal.，1984； Tapponnieretal.，1990； Leloupetal.，1993，1995； Wangetal.，1998； 虢順民等，2001； 向宏發(fā)等，2004，2007； Socquetetal.，2005； Schoenbohmetal.，2006)。 其西北邊界——金沙江斷裂是一條多期活動的縫合線構(gòu)造，后期因受到青藏高原向E擠出運(yùn)動的影響又表現(xiàn)出右旋走滑兼逆沖性質(zhì)(圖1a)，其中北段被認(rèn)為屬于晚更新世—全新世活動(許志琴等，1992； 鄧起東等，2002； 常祖峰，2015)。 維西-喬后斷裂位于川滇菱形塊體西部邊緣，南與紅河斷裂相接，北與金沙江斷裂相連(圖1a)。 大地構(gòu)造上，它是蘭坪—思茅褶皺帶與昌都—云嶺褶皺帶2個(gè)大地構(gòu)造單元的分界斷裂，對昌都—云嶺和蘭坪—思茅地區(qū)的巖漿作用、 沉積建造、 變質(zhì)作用有著明顯的控制作用，因此在大地構(gòu)造演化中具有重要影響(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990)。 該斷裂具有長期的發(fā)育歷史，形成于加里東運(yùn)動期，在海西—印支期有過強(qiáng)烈活動，沿?cái)嗔鸦鹕交顒雍蛶r漿作用強(qiáng)烈，喜山期也有過強(qiáng)烈活動。 沿維西-喬后斷裂發(fā)育的雪龍山韌性剪切帶(圖1b)，與哀牢山、 點(diǎn)蒼山以及越南Day Nui Con Voi韌性剪切帶共同構(gòu)成川滇塊體西緣一條長達(dá)1000km的大型韌性剪切帶，且早新生代期間雪龍山韌性剪切帶與哀牢山-紅河斷裂帶同樣表現(xiàn)為大規(guī)模左旋走滑運(yùn)動，是新生代早期印支板塊向SE運(yùn)動的邊界(Tapponnieretal.，1990； Leloupetal.，1995)。 新生代晚期，其與紅河斷裂、 金沙江斷裂具有相似的運(yùn)動學(xué)特征，以右旋走滑運(yùn)動為主，且晚第四紀(jì)活動跡象明顯。 從區(qū)域地質(zhì)演化和新構(gòu)造運(yùn)動歷史看，維西-喬后斷裂與紅河斷裂具有共同的地質(zhì)演化歷史和構(gòu)造變形機(jī)制，均從新生代早期的左旋走滑運(yùn)動，至上新世轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚呋\(yùn)動。 它與紅河斷裂帶一脈相承，是紅河活動斷裂帶的北延部分，并在川滇活動塊體形成、 演化和運(yùn)移過程中扮演著重要角色(常祖峰等，2016a)。 因此，加強(qiáng)維西-喬后斷裂的活動性研究，對深入認(rèn)識滇西北地區(qū)地震地質(zhì)背景以及川滇塊體邊界構(gòu)造變形機(jī)制與樣式無疑具有重要的理論和實(shí)際意義。

圖1 維西-喬后斷裂展布圖Fig. 1 Distribution of Weixi-Qiaohou Fault.F1維西-喬后斷裂； F2龍?bào)?喬后斷裂； F3紅河斷裂

維西-喬后斷裂北起雪龍山東麓白濟(jì)汛，經(jīng)維西、 通甸、 喬后、 平坡，而后沿巍山盆地西緣展布，總長約280km(圖1b)。 大致以玉獅場、 平坡為界，可將斷裂分為北段、 中段和南段3段。 新構(gòu)造運(yùn)動期，北段和中段主要表現(xiàn)為右旋走滑運(yùn)動(任俊杰等，2007； 常祖峰等，2014，2016a； Changetal.，2018)，南段(巍山盆地段)則主要表現(xiàn)為正斷運(yùn)動性質(zhì)(常祖峰等，2016b)。 概因沿?cái)嗔褮v史地震不顯著，長期以來人們對該斷裂活動與否關(guān)注不多。 而近年來維西-喬后斷裂附近先后發(fā)生2013年洱源5.5級、 洱源5.0級和2017年漾濞5.1級地震，尤其是最近發(fā)生的2021年5月21日漾濞6.4級地震(圖1b)，使人們對此斷裂的活動性及其運(yùn)動特征愈加重視。 筆者曾開展了中國地震局地震行業(yè)科研專項(xiàng)——1︰5萬280km維西-喬后-巍山活動斷裂填圖，隨后又在此基礎(chǔ)上對維西-喬后斷裂晚第四紀(jì)活動特征、 滑動速率及其在川滇塊體西邊界演化中的作用開展了重點(diǎn)研究。 在以上2個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中共調(diào)查地質(zhì)地貌點(diǎn)數(shù)百個(gè)，開挖大中型探槽18個(gè)。 在近年來的研究過程中，曾將斷裂中段與南段的晚第四紀(jì)活動特征、 滑動速率及其與紅河斷裂的關(guān)系等相關(guān)內(nèi)容作了介紹(常祖峰等，2014，2016a，b； Changetal.，2018)，但更多探槽揭露的斷裂活動的地質(zhì)證據(jù)和年代學(xué)數(shù)據(jù)未全部展示。 鑒于區(qū)域地震活動趨勢的嚴(yán)重性，據(jù)1︰5萬活動斷裂填圖和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究成果，重點(diǎn)討論探槽揭示的維西-喬后斷裂中段(玉獅場—平坡段)全新世活動的地質(zhì)證據(jù)及斷裂上發(fā)現(xiàn)的古地震事件。

1 探槽揭示的斷裂全新世活動與古地震事件

1.1 馬頭水探槽

煉鐵—馬頭水—長邑一線，衛(wèi)星影像線性特征清晰，斷層地貌主要表現(xiàn)為平直的斷層陡崖(圖2a)。 探槽位于馬頭水村南，地貌上表現(xiàn)為斷層陡崖下的斷層埡口(圖2a)。 為了避免公路的破壞，探槽分為1號探槽和2號探槽平行斜列展布，總長約40m(圖2b)。 1號探槽和2號探槽均揭示出斷層全新世活動跡象，1號探槽中斷錯(cuò)現(xiàn)象最清晰，且有豐富的測年物質(zhì)(圖2c，d)，這里對其重點(diǎn)介紹。

圖2 馬頭水探槽附近的斷層地貌與揭示的斷層Fig. 2 Fault landform around the Matoushui trench and the faults revealed by the trench.a 斷層陡崖和斷層埡口； b 1號探槽整體情況； c 1號探槽NW壁中部的F2斷層(錯(cuò)距明顯，正斷性質(zhì))； d 1號探槽SE壁的中部斷層(與圖 3上F2對應(yīng)的部位)

探槽位于洪積扇邊緣，揭露的地層主要有5個(gè)單元(圖 3)：

圖3 馬頭水探槽NW壁剖面Fig. 3 The cross section of the NW-wall of Matoushui trench.a NW壁照片； b NW壁素描圖

U1，二疊系致密玄武巖，已強(qiáng)烈風(fēng)化，原巖性狀難以識別；

U2，灰白色半棱角狀礫石層夾細(xì)砂透鏡體，可進(jìn)一步分為灰白色礫石層(U2-1)和細(xì)砂層(U2-2)2個(gè)亞單元；

U3，褐色含礫黏土層，西段較厚(約1m)，東段較薄(0.2m)并向W尖滅；

U4，沼澤相灰黑色淤泥質(zhì)黏土，厚0.2～0.3m，向E、 W兩端尖滅；

U5，灰黃色現(xiàn)代壤土。

圖4 馬頭水一帶斷層地貌Fig. 4 Fault landforms in Matoushui area.a 梅茨坪斷層槽地； b 梅茨坪斷層槽地內(nèi)的陡坎； c 梅茨坪—馬頭水?dāng)鄬硬鄣兀?d 梅茨坪—馬頭水?dāng)鄬硬鄣貎?nèi)的陡坎

1.2 石巖村探槽

石巖村西北 1km處，彌沙河T2階地上發(fā)育平直的斷層陡坎，走向340°，坎高2.5～3.0m。 陡坎之上發(fā)育斷塞塘，附近有泉水出露(圖 5)。 斷層陡坎的下方有基巖斷層發(fā)育。 斷層陡坎、 斷塞塘、 基巖斷層及泉眼四點(diǎn)一線，充分說明斷層地貌存在的可靠性。 探槽跨越此處斷層陡坎，走向70°，與斷裂走向近垂直，總長42m。 揭示的斷層位于探槽的東、 西兩端。

圖5 石巖村斷層陡坎等地貌素描圖Fig. 5 Sketch map of fault scarps and other landforms on the terrace at Shiyan village.

西段探槽揭露出的地層主要包括11個(gè)單元(圖 6)：

圖6 石巖探槽西段N壁剖面Fig. 6 The fault section of N-wall of the west segment of Shiyan trench.a 探槽西段N壁照片； b 探槽西段N壁素描圖

U1，深灰色、 灰綠色基巖斷層角礫巖帶；

U2，灰色含砂礫石層，礫石磨圓度中等至良好，中部14C測年結(jié)果為(10529±47)Cal aBP；

U5，黃色砂土局部夾黑色黏土，下部、 中部和上部的14C測年結(jié)果分別為(4383±60)CalaBP、 (4337±52)Cal aBP和(4274±70)Cal aBP；

U6，灰色和灰綠色黏土層；

U7，灰色含砂礫石層，礫石磨圓度差；

U8，深灰色泥炭土，底部層位的14C測年結(jié)果為(107±75)Cal aBP；

U9，黃灰色細(xì)砂層，呈弧形分布；

U10，灰黃色砂礫石層；

U11，灰色現(xiàn)代壤土。

從這些堆積層的物質(zhì)形狀分析，下部大多數(shù)地層為河流相堆積，上部疊加有洪積扇堆積。

探槽西段揭露出3條斷層，位于斷層陡坎的正下方。 F1斷層產(chǎn)狀為330°/NE∠80°，主要沿基巖破碎帶向上繼續(xù)延伸，斷錯(cuò)U2礫石層，該層為全新世早期堆積(見前文測年數(shù)據(jù))，沿?cái)鄬用嬗械[石定向排列； F2斷層產(chǎn)狀為330°/SW∠88°，也沿基巖破碎帶向上繼續(xù)延伸，斷錯(cuò)U2礫石層，向上被F3斷層截切； F3斷層產(chǎn)狀為330°/NE∠62°，斷錯(cuò)U2礫石層、 U3含礫砂土層、 U4砂土層和U5砂土夾黑色黏土層，沿?cái)嗝嬗忻黠@的礫石定向排列現(xiàn)象，被斷錯(cuò)地層為全新世早期和中期堆積(見前文測年數(shù)據(jù))。 我們注意到被截切的地層U5發(fā)生了明顯的撓曲，且該層年齡明顯小于外圍的U2礫石層，分析認(rèn)為是斷層水平運(yùn)動所致。 同時(shí)注意到，斷層旁側(cè)的U9黃灰色細(xì)砂層呈弧形局部近直立狀分布，分析是受斷層活動影響而發(fā)生構(gòu)造變形的結(jié)果(圖6a，b)。 被斷錯(cuò)地層測年數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)1—F3斷層均為全新世活動。

探槽東段揭露的地層均為河流相堆積(圖7a，b)，地層單元主要包括：

圖7 石巖探槽東段N壁剖面Fig. 7 The fault section of N-wall of the east segment of Shiyan trench.a 探槽東段N壁照片； b 探槽東段N壁素描圖

U1，灰色礫石層，礫石磨圓度良好；

U2，黃色含礫細(xì)砂層；

U3，灰黃色黏土質(zhì)粉砂層；

U4，灰黑色泥炭土層，其14C測年結(jié)果為(1473±41)Cal aBP；

U5，灰黃色含礫、 砂黏土層；

U6，灰黑色含礫泥炭土，其14C測年結(jié)果為(133±79)Cal aBP；

U7，灰黃色含砂、 礫黏土層；

U9，現(xiàn)代壤土層。

探槽東段也揭示了3條斷層(F4—F6)，其中F5為主斷層，F(xiàn)4和F6為分支斷層(圖7b)。 主斷層F5的產(chǎn)狀為330°/NE∠65°，沿?cái)鄬用嬗休^寬的礫石定向排列帶，斷錯(cuò)U1礫石層、 U2含礫細(xì)砂層、 U3黏土質(zhì)粉砂層、 U4泥炭土層、 U5含礫、 砂黏土層、 U6含礫泥炭土層和U7含砂、 礫黏土層。 其中，U4和U6為底部呈圓弧形的夾層，分別是2套斷塞塘堆積。 F6斷層產(chǎn)狀為330°/NE∠65°，沿?cái)鄬用嬗械[石定向排列，斷錯(cuò)U3、 U4和U5。 F4斷層產(chǎn)狀330°/SW∠80°，沿?cái)鄬用嬗械[石定向排列，發(fā)育在U1礫石層中，但被F5斷層截切。 被斷錯(cuò)地層的測年數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)5和F6斷層為全新世活動，F(xiàn)4斷層的活動時(shí)代較二者稍早。

1.3 玉獅場探槽

下甸—玉獅場一帶，沿維西-喬后斷裂有箭干場、 稗子溝、 德勝、 杏花村、 箐口、 玉獅場等串珠狀第四紀(jì)小盆地，盆地多呈長條狀，受斷裂控制明顯。 玉獅場一帶，地貌上沿?cái)嗔驯憩F(xiàn)為清晰的坡中谷和斷層陡坎(圖8a)，斷層陡坎高2～2.5m。 探槽位于陡坎一側(cè)。 探槽走向60°，長約9m。 探槽揭露的地層單元有：

圖8 玉獅場探槽斷層地貌與探槽剖面Fig. 8 Fault landforms and the section of SE-wall of Yushichang trench.a 斷層地貌及探槽位置； b 探槽整體情況； c 探槽SE壁斷層情況； d SE壁F3和F4照片； e F5斷層照片； f 探槽SE壁素描圖

U1，褐色壤土；

U2，雜色(灰黑色、 黃色)含砂、 礫石黏土；

U3，褐黃色含砂黏土；

U4，黑色泥炭質(zhì)土；

U5，灰白色含礫黏土。

維西-喬后斷裂以走滑運(yùn)動為主，難以識別探槽內(nèi)地層錯(cuò)距，故對前次古地震事件的震級不作深入探討，這里重點(diǎn)根據(jù)斷層陡坎分析第2次地震事件的震級大小。 前已述及，在玉獅場探槽旁發(fā)育了高2～2.5m斷層陡坎。 該陡坎從玉獅場南開始，經(jīng)過玉獅場，而后延至玉獅場北側(cè)的斷層埡口，可見長度約為1km(圖9a，b)。 根據(jù)陡坎在地表的清晰程度和連續(xù)程度分析，此陡坎應(yīng)是在最后一次地震中形成。 據(jù)陡坎的高度、 長度以及地貌顯示程度并結(jié)合云南地區(qū)的地震經(jīng)驗(yàn)，推測第2次地震的震級應(yīng)達(dá)7級。

圖9 玉獅場斷層陡坎Fig. 9 Fault scraps at Yushichang.a 玉獅場附近的斷層陡坎； b 斷層埡口附近的斷層陡坎

1.4 蓋場探槽

在通甸盆地東緣蓋場附近的洪積扇上發(fā)育一條高約2m、 長數(shù)百m的斷層陡坎(圖10a)。 探槽位置正好跨過此陡坎，探槽走向40°，長12m、 寬6m、 深4m(圖10b)。 探槽揭示的地層主要有：

圖10 蓋場斷層陡坎與探槽Fig. 10 The fault scarp landform and the fault section of SE-wall of Gaichang trench.a 斷層陡坎； b 探槽整體情況

U1，厚約20cm的褐紅色現(xiàn)代壤土；

U3，灰白色沖積相和湖相黏土；

U4，灰白色湖相砂質(zhì)黏土與灰黑色黏土互層；

U5，灰色湖相含砂礫石，呈透鏡體狀；

U6，灰色湖相中細(xì)砂，呈沙丘狀。

圖11 蓋場探槽SE壁剖面圖Fig. 11 The fault section of SE-wall of Gaichang trench.

圖12 地震楔的細(xì)部放大剖面Fig. 12 The enlarged section of seismic wedge.U1 褐紅色壤土； U2 灰黑色黏土； U3 灰色黏土； U4 灰白色砂質(zhì)黏土

在圖 11 中的a、 b區(qū)域可見清晰的軟沉積構(gòu)造變形現(xiàn)象。 從a區(qū)域的細(xì)部放大圖(圖 13)可見U3灰黑色、 灰白色相間的含砂黏土層因受到強(qiáng)烈構(gòu)造擾動發(fā)生上拱撓曲，下部U2灰白色砂質(zhì)黏土也出現(xiàn)不規(guī)則的彎曲變形，最下部U4中細(xì)砂層出現(xiàn)隆丘。 此隆丘的a、b軸面近直立，顯然是受構(gòu)造水平擠壓的結(jié)果。 其成因可解釋為： 含砂層發(fā)生砂土液化，中細(xì)砂層局部擠壓形成的鼓丘； 它也許是砂脈，只是我們只見到了其頭部。

圖13 圖11中a區(qū)域軟沉積變形細(xì)部放大圖Fig. 13 The enlarged map of soft sediment deformation of region a.U1 灰黑色黏土； U2 灰白色砂質(zhì)黏土； U3 含細(xì)砂灰黑、 灰白色相間黏土； U4 中細(xì)砂

在b區(qū)域的細(xì)部放大圖中(圖 14)同樣可見U3含細(xì)砂灰黑、 灰白色相間含砂黏土層出現(xiàn)構(gòu)造擾動，暗色條帶出現(xiàn)撓曲變形，下部U2灰白色砂質(zhì)黏土出現(xiàn)斷續(xù)分布現(xiàn)象，裹挾于U1灰黑色黏土層中。 顯然，也是因受到強(qiáng)烈的構(gòu)造變形所致。

圖14 圖11中b區(qū)域軟沉積變形的細(xì)部放大圖Fig. 14 The enlarged map of soft sediment deformation of region b.U1 灰黑色黏土； U2 灰白色砂質(zhì)黏土； U3 灰黑色、 灰白色相間含砂黏土層

根據(jù)斷層陡坎、 地震楔、 軟沉積地層構(gòu)造變形和中細(xì)砂隆丘(砂脈)諸多現(xiàn)象綜合分析認(rèn)為，這里曾發(fā)生過1次古地震事件，時(shí)間約為28000aBP。 如果高2m的斷層陡坎是因此次古地震而形成，考慮到探槽揭示的0.35m垂直錯(cuò)距，分析此次古地震的震級可達(dá)7級。

玉水坪、 德勝等地探槽同樣揭示出維西-喬后斷裂斷錯(cuò)了全新世地層，篇幅所限，本文不再展開論述。

2 結(jié)論

(1)馬頭水、 石巖、 玉獅場等探槽揭示，斷裂斷錯(cuò)了多處全新世洪積扇和河流階地堆積，表明維西-喬后斷裂的玉獅場—平坡段為全新世活動段。

(3)維西-喬后斷裂與紅河斷裂具有共同的地質(zhì)演化歷史和構(gòu)造變形機(jī)制，均從新生代早期的左旋走滑運(yùn)動，至上新世轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚呋\(yùn)動，且晚第四紀(jì)活動跡象明顯，是紅河活動斷裂帶的北延部分，在川滇活動塊體形成、 演化和運(yùn)移過程中扮演著重要的角色。